Что такое воздушный ферментатор?

Анэрлифтный ферментер(или эрлифтный биореактор) представляет собой культуральный сосуд с пневматическим перемешиванием, в котором используется впрыск газа для обеспечения циркуляции жидкости, смешивания и оксигенации без каких-либо механических движущихся частей. Классифицированный как специализированный подкласс башенных ферментеров, его определяющей характеристикой является структурно разделенный внутренний объем, состоящий из двух отдельных зон с разной плотностью жидкости:стоякисливной стакан.

Непрерывно барботируя газ в основание зоны стояка, инженеры создают разность плотностей между богатой газом жидкостью в стояке и жидкостью с низким содержанием газа в стояке. Под действием гидростатического давления этот градиент плотности заставляет жидкость двигаться по предсказуемому, непрерывному циркуляционному пути. Этот гидродинамический профиль обеспечивает исключительный массоперенос газа и жидкости, одновременно радикально снижая механические напряжения сдвига, характерные для традиционных систем с мешалками.

Непрерывное движение жидкости внутри эрлифтного ферментера становится полностью самоподдерживающимся после начала потока газа, действуя в трех взаимосвязанных гидродинамических зонах:

• Райзер:Сжатый воздух или технологический газ впрыскивается через барботер в нижней части этой зоны. Пузырьки уменьшают кажущуюся плотность столба жидкости, заставляя ее подниматься.

• Зона разведения газа:В верхней части сосуда восходящая жидкость попадает в расширенное свободное пространство. Здесь пузырьки газа отрываются от поверхности жидкости и выходят из системы, восстанавливая жидкость до ее полной, неаэрированной плотности.

• Даункомер:Дегазированная жидкость высокой плотности естественным образом падает обратно к основанию резервуара через этот небарботируемый канал, завершая контур и возвращаясь обратно в нижнюю часть стояка.

Эрлифтные ферментеры изготавливаются по индивидуальному заказу в двух основных вариантах компоновки в зависимости от требований обработки биомассы:

В этой конструкции стояк и сливной патрубок заключены в единую основную внешнюю оболочку. Концентрический внутренний цилиндр, известный кактяговая труба— или вертикальная плоская перегородка действует как перегородка.

• Инженерное воздействие:Чрезвычайно компактная конструкция, минимальные тепловые потери и низкие первоначальные затраты на изготовление. Однако возможности теплообмена ограничены однослойной рубашкой.

Такая компоновка разделяет стояк и сливной трубопровод на две полностью независимые вертикальные трубы или колонны, соединенные горизонтальными коллекторами сверху и снизу.

• Инженерное воздействие:Поскольку сливной стакан представляет собой внешнюю трубу, разделение газа в верхней части практически полное, что создает гораздо большую разницу в плотности и значительно более высокие скорости жидкости. Такая установка позволяет инженерам легко интегрировать линейные кожухотрубные теплообменники непосредственно во внешнюю опору сливной трубы для точного контроля температуры в крупных партиях.

Чтобы определить, подходит ли конфигурация эрлифта конкретному производственному предприятию, инженеры-технологи сравнивают ее характеристики со стандартными промышленными альтернативами:

Технология эрлифтной петли предпочтительнее обычных механических резервуаров для применений с точными биологическими и финансовыми ограничениями:

• Чувствительные к сдвигу клеточные культуры:Идеально подходит для клеточных линий животных, микроводорослей, нитчатых грибов и хрупких растительных клеток, которые могут подвергнуться катастрофическому лизису (разрыву) клеток под механическим воздействием металлических лопастей крыльчатки.

• Высокообъемное низкорентабельное биопроизводство:Широко применяется для производства одноклеточного белка (SCP), промышленного синтеза этанола и непрерывной очистки городских сточных вод, где отказ от массивных механических двигателей сокращает затраты на электроэнергию до 50%.

• Строгое предотвращение загрязнения:Отсутствие вращающегося вала смесителя устраняет необходимость в сложных динамических механических уплотнениях. Эта полностью герметичная, статическая среда делает ее очень надежной для длительных непрерывных ферментаций, продолжающихся несколько недель.

Эрлифтные ферментеры должны поддерживать точные геометрические пропорции — в частности, соотношение площадей поперечного сечения между стояком и стояком (Ar/Ad) — для обеспечения оптимальных скоростей жидкости. Материалы, используемые для строительства этих больших вертикальных конструкций, во многом зависят от отрасли промышленности:

• Пассивированная нержавеющая сталь (SS316L):Обязательный стандарт для фармацевтической промышленности, производства детских смесей и коммерческого пивоварения. Все внутренние сварные швы должны быть зашлифованы, отполированы и подвергнуты электрополировке до зеркального блеска (Ra менее 0,4 мкм), чтобы гарантировать безупречную санитарную очистку на месте (CIP).

• Технология сплавления стекла со сталью (GFS):Очень популярен для мегамасштабных промышленных биотехнологий, включая муниципальные башни анаэробной обработки осадка, биореакторы с экологическим циклом и крупные сельскохозяйственные биогазовые установки. GFS предлагает огромную конструкционную прочность стальных башен на болтах, необходимую для выдерживания огромных гидравлических нагрузок, в сочетании с непроницаемой облицовкой из кварцевого стекла, которая обеспечивает полную защиту от агрессивных органических кислот и абразивных отложений.

Вы балансируете требования к соотношению размеров для новой конструкции установки или вам необходимо рассчитать точные коэффициенты газосодержания и переноса кислорода (kL a) для вашего конкретного штамма?